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羥基酪醇( hydroxytyrosol,HT)是一種存在于油橄欖(Olea europaea L.) 植物中的多酚類化合物, 可從橄欖油、加工橄欖油廢水以及橄欖葉中分離得到。前期諸多研究表明: 羥基酪醇清除自由基能力強,表現出獨特的生物活性,如抗氧化、抗菌、抗炎、改善心臟的冠脈血流等, 而且還能抑制人類早幼細胞白血病細胞HL60、腺癌細胞 HT29 及 HT29 克隆體 19A、女性乳腺癌 MCF-7 細胞等擴散,通過阻滯腫瘤細胞的循環及誘發其凋亡,得到很好的抗癌活性。近年發現,羥基酪醇能夠與 gp41 蛋白結合,阻斷人免疫缺陷病毒(HIV) 進入宿主細胞, 或可用于艾滋病的防治。該化合物無明顯毒性反應,其在醫藥、食品和化妝品行業的應用前景近年受到廣泛關注。
利用熱重分析儀對羥基酪醇熱失重過程進行記錄,圖1為升溫速率10 K /min 的 TG-DTG 曲線。從圖 1 可看出,羥基酪醇的分解一步完成,260℃以前為穩定階段,TG 曲線和 DTG 曲線一直都平滑無降低,說明在此之前羥基酪醇一直處于穩定狀態而未分解。260℃ 之后,羥基酪醇開始劇烈分解,TG 曲線隨著溫度升高而迅速出現陡峭明顯的失重臺階,DTG 曲線出現負值,且隨著溫度升高而急劇下降,在 305.2℃達到了DTG 的峰值,此時最大熱失重速率為-12.91% /min。由圖可以看出熱分解在260~409℃ 為羥基酪醇主要失重階段,其分解作用基本完成;在409~900 ℃為緩慢失重過程,且由羥基酪醇的 TG曲線可知此時其殘留質量為2.68%。而 TG-DTG 曲線在409~900℃ 的升溫過程中一直呈平滑曲線,說明此時的羥基酪醇已經分解完成。因此要保持羥基酪醇不分解,應保證外界溫度不能超過260℃。
表 1 列出了不同升溫速率下羥基酪醇熱解特性參數, 同時也可看出升溫速率的變化對羥基酪醇的分解有影響。隨著升溫速率提高,熱失重的起始溫度( tb) 、 終止溫度(te) 和最大熱失重速率溫度(tm)均向高溫區移動,且熱分解程度也加劇。對羥基酪醇的Tm ( Tm = tm + 273.15) 和不同β的變化情況進行線性擬合,可得到相關關系式。羥基酪醇最大熱失重速率溫度和升溫速率的的關系式 Tm = 1.3657β+ 560.87,相關系數 R2 =0. 9818。可見Tm 與β有很好的線性關系,且羥基酪醇在β= 0 K /min、N2氣氛中的平衡熱分解溫度為560. 87 K。
羥基酪醇可通過酶或酸催化水解,從生產橄欖油的廢料中提取得到,也可經化學合成制備,但規模化生產的方法尚不成熟。在化學合成方面,迄今報道的合成方法多是在實驗室條件下完成的,例如,通過還原 3,4-二羥基苯乙酸可得到羥基酪醇,也可采用生物催化或化學方法將酪醇或苯乙醇轉化為羥基酪醇, 但受到原料及反應條件的限制,僅適于實驗室少量制作。羥基酪醇的經濟、簡便制備方法,目前仍是多方研究的課題。鄰苯二酚價廉易得,是較好的合成原料,帝斯曼公司報道以鄰苯二酚、乙醛酸為原料合成羥基酪醇的專利方法,二者在堿性條件下反應得到 3,4-二羥基扁桃酸,經高壓催化氫化脫除羥基,再還原羧基得到羥基酪醇。此法步驟短,較適合進行工業生產,但脫除3,4-二羥基扁桃酸 α-羥基的反應,需在強酸和高壓下完成,對設備要求較高,且收率較低。筆者嘗試用亞硫酸氫鈉或焦亞硫酸鈉脫除3,4-二羥基扁桃酸的α-羥基,在較溫和的條件下即可得到目標產物,二者效果相近。改進后的合成方法所用試劑價廉易得,反應條件簡單易行,有利于羥基酪醇的規模化制備。
羥基酪醇的合成步驟如圖 1 所示。鄰苯二酚與乙醛酸在堿性環境和 Al2O3催化下縮合得到 3,4-二羥基扁桃酸(1) 。反應完成后體系中存在乙醛酸在堿性條件下發生歧化反應產生的雜質和未反應的鄰苯二酚。文獻中后處理方法是用有機溶劑萃取后,以飽和氯化銨洗滌有機相。該方法洗滌時易析出氯化銨固體,且有機相中也殘留有氯化銨,影響實驗操作和產物純度。因此改用分級萃取的方法,首先用鹽酸調溶液 pH 至 3~ 4,用乙酸乙酯萃取出未反應的鄰苯二酚,而 3,4-二羥基扁桃酸仍在水層中;然后調 pH 至略小于 2,此時 3,4-二羥基扁桃酸易溶入有機相而被萃取出來, 蒸干后用乙醚洗滌可以得到較純的產物。脫除 3,4-二羥基扁桃酸 α-羥基的現有方法, 是在高濃度鹽酸和 Pd/C 催化下進行高壓氫化,對設備要求苛刻, 實用性較差。經實驗,將 3,4-二羥基扁桃酸在甲酸存在下與亞硫酸氫鈉或焦亞硫酸鈉反應,可脫除其α-羥基,得到3,4-二羥基苯乙酸(2),兩種試劑的脫羥基效果相近。升高浴溫、延長反應時間可提高反應的產率。3,4-二羥基苯乙酸可直接還原得到羥基酪醇,但需要較強烈的還原反應條件。由于羥基酪醇溫度過高時不穩定,因此本研究中首先將 3,4-二羥基苯乙酸甲酯(3) 化,再用LiAlH4 在 40℃將其還原成羥基酪醇(4),兩步反應總收率 85% 。
HT 能抑制腫瘤發生的多個階段且具有廣譜性。首先,HT 能保護細胞內 DNA 和酶免受 ROS 與自由基的破壞以預防癌癥的發生。與其酯化物橄欖苦苷相比,HT 具有更強的抗氧化應激作用,Ilavarsi 等證實在外周血單核細胞中 HT 降低了二噁英誘導的氧化應激和 DNA 破壞,它通過降低過氧化脂質、 ROS 的量和增加抗氧化酶的活性,抑制細胞內 DNA 被破壞,并減少細胞形態學的變化。另外,HT 在較低濃度下即能抑制丙二醛、H2O2脂肪酸和7-酮基膽固醇的生成,并能有效地阻斷 ERK 和 Akt /Pkb 的磷酸化狀態發生改變,還能抑制外來因素(如紫外線 B、苯胼芘等) 所導致的 DNA 破壞。其次,HT 能抑制癌細胞增殖與促進其凋亡來發揮抗癌作用。
研究發現食用橄欖油能大大降低心血管疾病的發病率,其中 HT 發揮了重要的作用。有研究指出,HT 抗心血管疾病的作用與抑制血小板凝集密切相關,González-Correa 等以水楊酸作參比考察了 HT 對大鼠體外血的抗凝集作用,實驗結果證明它能抑制血栓素 B 的合成,并能提高氧化亞氮的生成量,從而達到抗凝作用。de Roos 等則以人血細胞為研究對象考察了 HT 的抗凝集作用,當濃度為 100 mg/L 時,蛋白質組學研究表明它參與調節 9 種蛋白發揮抗凝集作用,如血小板結構、活性和整合素 aIIb/b3 的轉導等。由結果可知,HT 能抑制血小板的活性和粘連,可用于預防血栓的形成。
HT 可能開發成一種治療腸道和呼吸道感染的藥物,它具有高效和廣譜的特點。以幽門螺旋桿菌為例,其在世界范圍內存在多種耐抗生素的菌株,但是 HT對耐藥和非耐藥菌株均具有強力的殺傷作用。另有研究 HT 對 5 種標準菌株( ATCC 9006、ATCC 8176、ATCC 6539、ATCC 17802、ATCC 25923) 和臨床上得到的 44 種菌株最低抑菌濃度分別為0.24~7.85 μg /mL、0.97~31.25 μg /mL,抑菌濃度明顯低于其他植物提取物,而且對抑制革蘭陽性菌的活性高于革蘭陰性菌。值得注意的是,其抗菌活性不僅表現在腸道內有害菌種方面, 還 對嗜乳酸菌和雙歧桿菌具有抑制作用。
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